Simulador de Construcción de Circuitos Digitales con Escenarios Virtuales

El Simulador de Construcción de Circuitos Digitales con Escenarios Virtuales y Tutoriales Interactivos es un programa para construir circuitos digitales sobre un módulo digital virtual a partir de modelos lógicos de circuitos integrados estándares (familia TTL LS) y de aplicación específica (ASIC). Los circuitos pueden ser simulados en el módulo digital directamente y en algunos casos pueden ser validados con Escenarios Virtuales que representan al ambiente donde los circuitos operarán. Además, los circuitos hechos pueden ser almacenados, recuperados y editados. El programa también provee Tutoriales Interactivos de algunos circuitos lógicos típicos, y muchos de ellos incluyen descripciones VHDL. Este software ha sido diseñado para ser empleado como una herramienta de enseñanza y aprendizaje del diseño digital y actualmente está orientado a cursos básicos o de introducción a los circuitos digitales, tanto en el nivel escolar como universitario. El programa se ejecuta en MS Windows con una resolución de pantalla de al menos 1024 x 768. Esta versión del programa es gratuita, de copia y uso libre.

El Módulo Digital

El módulo digital (figura 1) consta de los siguientes elementos:

• Una tarjeta para alambrar circuitos (protoboard, breadboard)
• Indicadores luminosos: 18 leds sencillos y 3 visualizadores de siete segmentos
• Relojes de 1H y 10 Hz
• Entradas digitales: 12 interruptores y 4 pulsadores
• Alimentación: líneas de VCC y GND
• Expansor de 18 líneas para conexión con un escenario
• Un interruptor principal para el encendido y apagado del sistema 

Edición de Circuitos

La edición de circuitos es muy sencilla. Los chips se seleccionan desde un menú de categorías de circuitos y luego se insertan en el protoboard. Los cables o alambres se dibujan trazando líneas con el ratón. los cables y chips pueden retirarse pulsando con el botón derecho sobre el chip o sobre un extremo del cable.

Escenarios

Los escenarios pueden elegirse e insertarse desde el menú del programa. Estando el interruptor principal apagado el escenario trabaja en modo independiente siguiendo un comportamiento predefinido. En este modo el usuario observa cómo debe interactuar el circuito con el medio ambiente o lugar de trabajo. Cuando el interruptor se enciende el escenario obedece a las señales provenientes del módulo.

Tutoriales

Los tutoriales presentan los aspectos básicos de algunos temas. En varios casos se acompañan descripciones VHDL. En una versión siguiente se incluirán más tutoriales con mayores facilidades pedagógicas.
Los tutoriales actuales incluyen puertas básicas(And, Or, Not), descodificadores(1 de 2, 1 de 4, 1 de 8, 74138), multiplexores(de 2 entradas, de 2 entradas de 4 bits, 74157, de 4 entradas, de 8 entradas, 74151), sumadores (completo, de 2 bits, de 4 bits, 7483A), comparadores (de 1 bit, de 4 bits, 7485), latches (SR con NOR, SR con NAND) y flipflops (74LS76A).

Modelos de Circuitos Integrados Estándares

En la siguiente lista se muestran los circuitos integrados LS TTL modelados en este programa:

• Circuitos combinacionales
  • And
    • 7408 - And de 2 entradas (x4)
    • 7411 - And de 3 entradas (x3)
    • 7421 - And de 4 entradas (x2)
  • Nand
    • 7400 - Nand de 2 entradas (x4)
    • 7410 - Nand de 3 entradas (x3)
    • 7420 - Nand de 4 entradas (x2)
    • 7430 - Nand de 8 entradas
    • 74133 - Nand de 13 entradas
  • Not
    • 7404 - Not (x6)
  • Nor
    • 7402 - Nor de 2 entradas (x4)
    • 7427 - Nor de 3 entradas (x3)
    • 74260 - Nor de 5 entradas (x2)
  • Or
    • 7432 - Or de 2 entradas (x4)
  • Xor
    • 7486 - Xor de 2 entradas (x4)
    • 74386 - Xor de 2 entradas (x4)
  • And - Or - Invert
    • 7451 - 2 productos, 2-3-entradas
    • 7454 - 3-2-2-3 entradas
    • 7455 - 2 productos, 4-entradas
  • Codificadores
    • 74147 - Codificador de prioridad, 10 líneas a 4
    • 74148 - Codificador de prioridad, 8 líneas a 3
  • Descodificadores
    • 7442 - Descodificador 1 de 10 líneas (BCD a decimal)
    • 7447 - Descodificador BCD a 7 Segmentos
    • 74137 - Descodificador/demultiplexor 1 de 8 líneas
    • 74138 - Descodificador 1 de 8 líneas
    • 74139 - Descodificador/demultiplexor 1 de 4 líneas (x2)
    • 74155 - Descodificador/demultiplexor 1 de 4 líneas (x2)
    • 74247 - Descodificador BCD a 7 Segmentos
  • Multiplexores
    • 74151 - Multiplexor de 8 líneas a 1
    • 74153 - Multiplexor de 4 líneas a 1 (x2)
    • 74157 - Multiplexor de 2 líneas a 1 (x4)
    • 74158 - Multiplexor de 2 líneas a 1 (x4)
    • 74298 - Multiplexor de 2 líneas a 1 con registro (x4)
    • 74352 - Multiplexor de 4 líneas a 1 (x2)
    • 74398 - Multiplexor de 2 líneas a 1 con registro (x4)
    • 74399 - Multiplexor de 2 líneas a 1 con registro (x4)
  • ALU
    • 74181 - Unidad lógica y aritmética de 4 bits
  • Generador de paridad
    • 74280 - Generador/Revisor de paridad par/impar de 9 bits
  • Comparador
    • 7485 - Comparador de magnitud, 4 bits
  • Sumadores
    • 7483A - Sumador, 4 bits
    • 74283 - Sumador, 4 bits
• Circuitos secuenciales
  • Flipflops
    • 7473A - Flipflop JK flanco negativo(x2)
    • 7474A - Flipflop D, preset, clear, flanco positivo (x2)
    • 7476A - Flipflop JK, preset, clear, flanco negativo (x2)
    • 74107A - Flipflop JK flanco negativo (x2)
    • 74109A - Flipflop JK flanco positivo (x2)
    • 74112A - Flipflop JK flanco negativo (x2)
    • 74113A - Flipflop JK flanco negativo (x2)
    • 74114A - Flipflop JK flanco negativo (x2)
  • Registros con Latches
    • 7475 - 4 latches D
    • 7477 - 4 latches D
    • 74256 - Latch direccionable de 4 bits (x2)
    • 74259 - Latch direccionable de 8 bits
    • 74279 - 4 latches con set y reset
    • 74375 - 4 latches D
  • Registros con Flipflops
    • 74174 - 6 flipflops D
    • 74175 - 4 flipflops D
    • 74273 - 8 flipflops D con clear
    • 74377 - 8 flipflops D con enable
    • 74378 - 6 flipflops D con enable
    • 74379 - 4 flipflops D con enable
  • Registros de Desplazamiento
    • 7495B - 4 bits
    • 74164 - Entrada serie, salida paralela
    • 74165 - 8 bits, paralelo a serial
    • 74166 - Entrada paralela, salida serie
    • 74194A - bidireccional, 4 bits
    • 74195A - 4 bits, universal
  • Memoria
    • 74170 - Memoria de lectura y escritura 4 x 4
  • Contadores Asíncronos
    • 7490 - Divisor por 2 y 5
    • 7492 - Divisor por 2 y 6
    • 7493 - Divisor por 2 y 8
    • 74196 - Divisor entre 2 y 5
    • 74197 - Divisor entre 2 y 8
    • 74290 - Divisor entre 2 y 5
    • 74293 - Divisor entre 2 y 8
    • 74390 - Divisor entre 2 y 5 (x2)
    • 74393 - Contador binario de 4 bits (x2)
    • 74490 - Contador de décadas (x2)
  • Contadores Síncronos
    • 74160A - Módulo 10, reset asíncrono
    • 74161A - Módulo 16, reset asíncrono
    • 74162A - Módulo 10, reset síncrono
    • 74163A - Módulo 16, reset síncrono
    • 74168 - Bidireccional, módulo 10
    • 74169 - Bidireccional, módulo 16
    • 74190 - Módulo 10
    • 74191 - Módulo 16
    • 74192 - Bidireccional, BCD
    • 74193 - Bidireccional, módulo 16
    • 74669 - Bidireccional, módulo 16

Modelos de Circuitos Integrados de Aplicación Específica

Existen cuatro modelos de ASICs:

• 74801 (semáforo de seis luces con modos diurno y nocturno)
• 74802 (contador BCD con salida en binario y con decodificador de 7 segmentos incorporado)
• 74803 (contímetro de 0 a 8)
• 74804 (semáforo con sensores de paso)

Descargas

El programa puede ser descargado desde SimuladorDigital_095.zip
Una guía preliminar está en GuiaPreliminar_095.zip
Ejemplos de algunos circuitos están en EjemplosDeCircuitos_095.zip
Una versión de pago, con varios protoboards, con escenarios pero sin tutoriales, se describe en ConstructorVirtualySimuladorDigitalConChipsTTL.pdf